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Mathcad - Diseño Toma de Fondo
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Mathcad - Diseño Toma de Fondo
En el presente informe se detalla el clculo de una bocatoma de fondo en el Rio San Pedro para la
captacin de agua cruda para el sistema de agua potable que abastecer al sector de Cumbaya para
un periodo de diseo de 30 aos.
DATOS
Pd 69374 hab
b 5 m
Poblacin de diseo
L 3 m
Ancho de la presa
Qrmx 2
Qrmed 1
Ancho del ro
m3 /s
m3 /s
Son tomas cuyas estructuras de captacin se encuentran dentro de la seccin del azud, en un espacio
dejado en l, protegido por una rejilla que impide el ingreso de materiales gruesos. Estas tomas no son
recomendables en ros donde el arrastre de sedimentos es intenso, y que podra causar rpida
obstruccin de las rejillas.
Para el diseo se deber disponer de estudios hidrolgicos de la zona y poder determinar que el caudal
mnimo del rio sea inferior al caudal de diseo.
Diseo De La Presa
Se utiliza una rejilla con barrotes en direccin del flujo, cuya rea de los espacios entre barrotes permita
el ingreso del caudal de diseo.
Suponiendo que todo el volumen de agua se capta al inicio del canal, el nivel de la lmina agua arriba
se obtiene por medio del anlisis de la cantidad de movimiento en el canal.
La entrega a la cmara de recoleccin debe hacerse en descarga libre y se debe dejar un borde libre
inclinado de 15 centmetros.
Diseo De La Cmara De Recoleccin
Se debe tener en cuenta que, aunque se requieren los clculos hidrulicos para establecer las
condiciones mnimas de la cmara de recoleccin, es importante que las dimensiones de la cmara
sean las mnimas necesarias para realizar un adecuado mantenimiento.
La profundidad debe ser tal que cubra las perdidas por entrada y friccin de la tubera de conduccin
entre bocatoma y desarenador.
Desage Del Caudal De Excesos T
El caudal de excesos se determina teniendo en cuenta que sobre la rejilla de la bocatoma pasara un
caudal de diseo. Se producir entonces una lmina de agua superior a la de diseo.
Este caudal llega a la cmara de recoleccin a travs del canal en donde se coloca un vertedero sin
contracciones laterales que servir para separar el caudal de diseo del caudal de excesos.
Linea De Aduccin Bocatoma - Desarenador
Se recomienda que la aduccin a flujo libre tenga un dimetro nominal mnimo de 4 in.
Teniendo en cuenta que una aduccin es el transporte de agua cruda que puede contener material
sedimentable, se debe garantizar una velocidad mnima en condiciones de diseo que permita la
resuspensin del material sedimentado en condiciones diferentes a las del diseo. En general se
establece que la velocidad real mnima es de 0.6 m/s.
La velocidad mxima debe limitarse segn el material del conducto y del material transportado por el
agua, con el objeto de evitar la erosin del conducto. En general, la tubera de gres permite velocidades
hasta de 5 m/s y la de concreto hasta 4 m/s.
Con el fin de verificar que el flujo en la tubera o canal sea capaz de resuspender el material
sedimentado en el fondo, se debe calcular el esfuerzo cortante mnimo.
Desarenador
El objetivo del desarenador, como tal es la remocin de partculas hasta el tamao de arenas.
Un desarenador est dividido en varias zonas:
Zona I Cmara de aquietamiento
Zona II Entrada al desarenador
Zona III Zona de sedimentacin
Zona IV Salida del desarenador
Zona V Almacenamiento de lodos
La calidad de las pantallas se hace a travs de grado n del desarenador.
Con el fin de operar adecuadamente el desarenador, se hace las siguientes recomendaciones:
1. Vh < 20 Vs
2. 9 < Vh/V0 < 15
3. La velocidad horizontal debe ser menor que la velocidad de arrastre de las partculas, con el
propsito de evitar a resuspensin del sedimento.
CLCULOS
Diseo De La Presa
La lamina de agua en condiciones de diseo es:
2
3
QD
H
0.069 m
1.84 L
Correccion por las dos contracciones laterales:
n 2
Si cumple
s 0.36 Vr
0.6 H
i 0.18 Vr
0.3519 m
3
0.74 H
0.2182 m
QD
An1
0.552 m2
0.9 Vb1
An1 ( a b )
0.1 1.7
a B
Lr Ceil
Recalculando:
a
An2
B Lr 0.5535 m2
ab
Nmero de Orificios:
An2
1 25 => Valor redondeado
a B
N Ceil
An ( a b )
a B
0.05 1.75 m
Aguas abajo:
1
3
Q 2
D
hc
0.1707 m
g B2
he hc
Aguas arriba:
em 0.3 m
Lc Lr em 2.05 m
i 0.03
Pendiente
1
2
h 0 2 he
2
he i Lc 2 i Lc 0.2432
3
3
Borde Libre
Si cumple
s2 0.36 Ve
0.6 he
i2 0.18 Ve
0.6459
0.74 he
0.405 m
Por facilidad de acceso y mntenimiento se adopta una camara de 1.20 m (en el sentido de B camara ) por
1.50 m de lado.
Bcam 1.20 m
Qrmx
Hmx
0.5082 m Altura de la lmina de agua en la garganta de la bocatoma
1.84 L
BL m 0.492 m
Borde Libre
HM Hmx BL m 1.0002 m
Qrmed
Hmed
0.3202 m
1.84 L
Cd 0.3
Coeficiente de descarga
Cauldal Captado
m3 /s Cauldal Excesos
Qexc
Hexc
0.278 m
1.84 Bcam
Qexc
Vexc
0.9701 m/s
Hexc Bcam
2
s3 0.36 Vexc
0.6 Hexc
0.6415 m
El vertedero de excesos estar colocado a (0.641 m + 0.3 m) 1.0 m de la pared aguas abajo de la
cmara de recoleccin, quedando aguas arriba del mismo una distancia de (1.5 m - 1.0 m) 0.50 m.
Clculo de Cotas
Fondo del Ro:
Fr 2330 msnm
Fr H 2330.0687 msnm
Fr Hmed 2330.3202 msnm
Fr Hmx 2330.5082 msnm
Camara de Recoleccin
Lmina de agua:
Cresta del vertedero de excesos:
Fondo:
F Cv H 2329.0534 msnm
Desarenador
Cota de la lmina en la tuberia:
Lt 2328.773 msnm
bt 2328.643 msnm
Rugosidad de Manning
Lcd 20
Longitud de conduccin
Pendiente de la tuberia:
F Lt
S
0.014
Lcd
Diametro de la tuberia:
3
8
n QD
Dcal 1.548
0.2478 m
1
S2
Dc 0.3 m
Q0 0.312
A0
Dc
4
Dc S
n
0.1655 m3 /s Caudal
0.0707 m2
rea
Q0
V0
2.3419 m/s
A0
Velocidad
P0 Dc 0.9425 m
Permetro
R0
QD
Q0
A0
0.075 m
P0
Radio hidralico
0.6002
k 1 0.900
V/V0
k 2 0.626
d/D
Vr k 1 V0 2.1077 m/s
d k 2 Dc 0.1878 m
k 3 0.136
R/R0
R k 3 R0 0.0102 m
R S 1.4026 N/m2
Clculo del Desarenador
T 15
Temperatura
0.01059 cm2 /s
Viscosidad Cinematica
d s 0.005 cm
Dimetro de la particula
R% 75
Porcentaje de remocin
s 2.65 g/cm3
1 g/cm3
n d 1
LB
4
1
Relacin longitud-ancho
Nm 2
Nmero de mdulos
g 100
18
/t
Hs 150 cm
d s 0.2123 cm/s
De tablas
Altura til de sedimentacion (supuesta)
Vol QD 210.6264
rea superficial del tanque:
Vol
As
140.4176 m2
Hs
100
As
Bt Ceil
LB
0.1 6
Lt LB Bt 24 m
Carga hidraulica superficial
QD
q
0.0007 m/s
As
V0d q 100 0.0708 cm/s
V0d 18
d 0
Vs
V0d
g 100 s
0.0029 cm
3 = /t
V0d Lt 100
Hs
cm/s
1.1322
Vhmx 20 Vs 4.2458
cm/s
QD
Hv
0.0433 m
1.84 Bt
QD
Vv
0.3827 m/s
Hv Bt
2
s4 0.36 Vv
0.6 Hv
0.2895 m
Pantalla de Salida:
Hs
Pr 1
2 100
0.75 m
Profundidad
Div 15 Hv 0.649 m
Pantalla de entrada:
Hs
Pr 2
2 100
Lv
Dia
0.75 m
Profundidad
0.1 m
Almacenamiento de lodos:
LPl 10
Lt
Pmx Ceil
0.1 2.4 m
LPl
Pmn 1.90 m
Lt
Dca
8
3
2 Lt
Dvs
Ptr
Pl1
Pl2
Profundidad mnima
16
Profundidad mxima
Pmx Pmn
Bt
Pmx Pmn
Dca
Pmx Pmn
Dvs
100 8.3333 %
Pendiente transversal
100 6.25
100 3.125
Cmara de aquietamiento:
Hs
Profundidad:
Pca
Ancho:
Bca Ceil
Largo (adoptado):
Lca 2 m
3 100
0.5 m
Bt
1 2 m
3
Bt Bca
2
m3 /s
2
3
Qex
Hex
0.0686 m
1.84 Lca
Qex
Vex
0.7647
Hv Lca
m/s
2
4
3
7
s5 Ceil 0.36 Vex 0.6 Hex 0.05 0.45
Perfil Hidraulico
Perdidas a la entrada de la cmara de aquietamiento:
k 0.2
V 2 V 2
2
1
m
hm k
2 g 0.0452
Dn 0.168
Diametro nominal 6 in
Dr 0.160
Diametro real
C 150
Tuberia PVC
Lcon 70
Altura Disponible
LE 94 m
Hdis
LE
0.0315
2.63 0.54
Qin 0.2785 C Dr
0.0521 m3 /s
Caudal inicial
Ain
Dr
4
0.0201
Qin
Vin
2.5897
Ain
m2
m/s
rea inicial
Velocidad inicial
Cds
Qin
Hs
Ain 2 g
Pmx
100
0.2961
Coeficiente de descarga
Tiempo de vaciado:
tv
2 As
Cds Ain 2 g
Hdis
18318.164 s
tv
3600
5.0884 horas
bt 2328.643 msnm
Lt 2328.773 msnm
Cm 2329.073 msnm
Fus Caq
Hs
100
2327.2278 msnm
CONCLUSIONES
BIBLIOGRAFA